DNA机器人：通用机器人开发构建模块的步

2017-09-20 09:59:18来源：亿欧编辑：一不做关键词：机器人 DNA机器人模块阅读量：29527

导读：近，一项新的研究表明，由DNA组成“胳膊”和“腿”的微型机器人可以整理并运送分子货物。

　　【中国智能制造网技术前沿】近，一项新的研究表明，由DNA组成“胳膊”和“腿”的微型机器人可以整理并运送分子货物。来自加州理工学院的研究人员说，这种DNA机器人可以用来在电路中移动纳米颗粒，组成治疗化合物，并从废弃物中将分子分离出来，进行循环利用，或者进入人体，对其需要治疗的部位运送药物。

　　“就像机电机器人被派送到人类无法到达的、很远的地方一样。如果我们真正掌握工程分子机器的方法，那么我们将能够建立分子机器人，并把他们送到很小很小的地方，这也是我们人类无法进入的，比如血液里。”该项研究的作者兼加州理工学院生物工程助理教授钱露露表示。

　　新机器人由三个基本模块构成，每个模块都是一个DNA片段。其中一个模块是“腿”，并有两只“脚”用于行走；另一个模块是“胳膊”，并有一只“手”用于抓取货物；后一个模块用于识别具体的交货地点，并控制货物的投放。

　　科学家让这个机器人行走在由DNA折纸制成的58*58的纳米图形上。DNA折纸术就是将天然DNA单链中的长链进行反复折叠，并用短链加以固定，由此就能绘出方形、星形等一系列对称的DNA图形。该研究的主要作者、加州理工学院的生物工程师Anupama Thubagere表示：“每一个图形都是由一个DNA长链组成，其形状是由短链固定而成。”

　　每个DNA机器人的脚都可以与图形的DNA相结合。不过，钱露露解释说，每个机器人的设计都是将其中一只脚固定在图形上，而另一只脚可以自由移动。

　　当随机的分子波动导致这个DNA机器人的自由足碰到图案时，该自由足就会被锁住，同时释放另一只脚。通过这种方式，机器人可以穿过该图案。DNA机器人的腿和脚的长度决定其步伐的大小。

　　当这个DNA机器人遇到货物分子被栓到图案上时，它就会用手将其抓取，一直携带到可以交货的地点。这批货物由荧光分子组成，因此科学家可以很容易地追踪这些分子，并用于标记机器人手上的DNA链。

　　在实验中，研究人员在图形上进行测试，让DNA机器人对随机分散在折纸表面的，两种不同类型的货物——3个荧光黄色分子和3个荧光粉色分子——进行分类，并将这两种货物分到两个特定的位置。研究人员指出，单个机器人可以在24小时内对这些分子进行分类，成功率提高了80%，如果增加更多的DNA机器人将大大缩短交付时间。

　　这些新的DNA机器人每走一步需要5分钟。平均而言，每个机器人需要大约300步才能完成“货物排序”任务，相比于之前的DNA机器人，步数有所增加，Thubagere说。

　　尽管这种新的分子机器并不是个DNA机器人，但这项工作是“为通用机器人开发构建模块的步，”钱露露说，“我们展示了一个看似复杂的任务——货物排序，其实很多其他任务可以通过编程来完成，且只需要用非常简单的分子来构建模块。这也是个使用多个DNA机器人共同执行相同任务的实验。”

　　科学家们注意到，DNA机器人可以用于运送不同种类的货物，而且多个机器人可以并行地分类整理不同的货物。未来的DNA机器人也可以拥有多个胳膊和手，从而能携带更多的分子。

　　钱露露说，未来的研究中，可以向这些分子机器人添加模块，以帮助它们更快地移动，或者帮助它们标记自己所在的位置，并遵循类似于“蚂蚁在巢穴和食物之间轻松找到直接路径”的方法。这样机器人就能够更有效地运输货物分子。我们也希望在机器人之间增加简单的通讯功能，这样它们就可以合作执行更复杂的任务，就像蜂群一样。

　　钱露露希望这项研究工作能激励更多研究人员开发模块化的、自使用的DNA机器人来完成各种各样的任务，从而真正理解构建人造分子机器的工程原理，并使它们像物理机器人一样具有可编程性。

　　(原标题：DNA机器人：游走在人体内的分子搬运工)

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